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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung eines Fahrzeuggangräderwechselgetriebes, aufweisend ein Schaltelement zum Schalten von Gängen, das in Bezug auf ein Gehäuse verdrehbar oder axial verschiebbar ist, und eine Gangsperreinrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Gattungsgemäße Schaltvorrichtungen sind seit langem als Teil mechanischer, automatisierter oder teilautomatisierter Fahrzeuggetriebe bekannt. Ebenfalls bekannt sind Schlagsperren und Schaltsperren, welche ein unbeabsichtigtes Schalten von einem Vorwärtsgang in den Rückwärtsgang verhindern sollen, um eine Zerstörung des Fahrzeuggetriebes zu vermeiden. Eine derartige Schaltsperre ist beispielsweise in
DE 44 32 238 A1 offenbart. Andere Schaltsperren verhindern ein Überschalten eines Ganges.
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Den Schaltsperren des Standes der Technik ist gemeinsam, dass sie ein unbeabsichtigtes Einlegen eines Ganges erschweren oder verhindern, nicht aber dessen Auslegen. Für Getriebe, deren Betriebszustand zumindest in Teilbereichen vom Fahrer autonom festgesetzt wird, kann ein temporäres Verhindern eines externen Eingriffs durch den Fahrer wünschenswert sein. Dazu sollte eine geschaltete Gangstellung durch den Fahrer nicht ohne weiteres freigegeben werden können.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltvorrichtung zu schaffen, die ein temporäres Festsetzen einer Gangschaltstellung oder der Neutralstellung ermöglicht.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Zumindest eine der Schaltstellungen des Schaltelements ist durch die Gangsperreinrichtung blockierbar. Unter blockierbar wird verstanden, dass die Schaltstellung des Gangwählhebels durch den Bediener ohne Hilfsmechanismus nicht lösbar ist. Erst durch Betätigung eines Entriegelungsmechanismus’ kann die Gangsperre überwunden und der Schaltvorgang damit zugelassen werden. Der Entriegelungsmechanismus kann durch den Fahrer mechanisch selbst auslösbar sein. Alternativ kann er über eine Aktuatorik betätigt werden, die vom Fahrer oder von der Motorsteuerung ausgelöst wird. Dabei ist es möglich, ein Lösen so lange zu verhindern, bis die übrigen Betriebsparameter Werte erreicht haben, die ein Beschädigen oder eine Lebensdauerverminderung von Komponenten ausschließen.
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Die Gangsperreinrichtung ist daher so ausgebildet, dass temporär in Abhängigkeit von Fahrzustandsparametern wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl oder Kupplungsstatus ein Schalten, Auslegen oder Einlegen des Ganges oder der Gänge, für den bzw. die die Gangsperreinrichtung bestimmt ist, verhindert wird, zumindest aber deutlich erschwert wird. Die temporäre Blockade kann aufgrund äußerer Parameter frei bestimmt werden und wird vorzugsweise durch ein Steuergerät gelöst oder sicher gestellt.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. die Gangsperreinrichtung bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor und sich bewegendem Fahrzeug aktiviert ist, während die Fahrzeugkupplung getrennt ist. Insbesondere wenn die Schaltvorrichtung Teil eines Antriebsstrangs eines Verbrennungsmotors, der durch einen weiteren Antrieb wie einen elektrischen Antrieb unterstützt wird, welcher im Antriebsstrang hinter der Kupplung angeordnet ist, kann dadurch vermieden werden, dass bei Zuschalten des jeweils anderen Antriebs ein unpassender Gang eingelegt ist.
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Wird beispielsweise ein Fahrzeug bei niedrigen Geschwindigkeiten rein elektrisch betrieben, ist es häufig aus Kraftstoffersparnisgründen sinnvoll, die Fahrzeugkupplung zu öffnen und den Verbrennungsmotor abzuschalten. Erreicht das Fahrzeug höhere Geschwindigkeiten, die einen Antrieb über den Verbrennungsmotor erfordern, muss sichergestellt sein, dass kein unpassender Gang eingelegt ist, bevor die Fahrzeugkupplung geschlossen wird. Zum einen wird dadurch eine unzulässige Drehzahl vermieden. Zum anderen kann dadurch die Zeit des Einkuppelns besonders kurz gehalten werden und ein weiches Zuschalten erfolgen, weil der Verbrennungsmotor zunächst auf die fahrgeschwindigkeitsabhängige Drehzahl der Getriebehauptwelle gebracht werden kann.
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Die Erfindung ist auch auf Fahrzeuge mit nur einem Hauptantrieb in Form eines Verbrennungsmotors und einem mechanischen Getriebe anwendbar. Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs kann der Verbrennungsmotor im Fahrbetrieb abgeschaltet und die Fahrzeugkupplung getrennt werden, so dass das Fahrzeug in einem Segelbetrieb eintritt. In dieser Phase des Segelns wird durch die aktivierte Gangsperreinrichtung ein Auslegen des eingelegten Ganges oder ein Schalten eines unpassenden Ganges verhindert.
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Erst nach Rückkehr aus dem automatisierten Fahrzustand des Segelns bzw. des Betriebs durch einen zweiten oder Hilfsantrieb in den konventionellen Fahrbetrieb, in dem der Verbrennungsmotor läuft und die automatisierte Kupplung geschlossen ist, wird die Gangsperreinrichtung zum Schalten anderer Gänge gelöst.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wirkt die Gangsperreinrichtung unmittelbar auf das Schaltelement. Das Schaltelement kann beispielsweise als eine Schaltwelle, eine Schaltstange, eine Schaltschiene oder als ein Schaltzylinder ausgebildet sein. Alternativ kann die Gangsperreinrichtung mittelbar auf das Schaltelement dadurch wirken, dass es ein fest oder drehfest mit dem Schaltelement verbundenes Schaltungsbauteil festlegt. Das Schaltungsbauteil kann eine Schalthülse, eine Schaltarretierung, ein Teil eines Schaltstangenlagers oder eine Schaltgabel ausgebildet sein.
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In einer Ausgestaltung ist ein separates Bauteil vorgesehen, das auf dem Schaltelement angeordnet ist und gegen das in einer oder mehreren Gangpositionen verriegelt oder anderweitig gesichert werden kann.
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Die Gangsperreinrichtung blockiert zumindest einen Freiheitsgrad des Schaltelements. Vorzugsweise ist das Schaltelement so fixiert, dass jegliche Bewegung unterbunden wird. Insbesondere ist dann weder eine axiale Verschiebung noch ein Verdrehen möglich. Sofern nicht schon durch die Gassenführung der Wählvorgang verhindert wird, kann auch ein Wählen durch die Gangsperreinrichtung unterbunden werden. Dies kann insbesondere sinnvoll sein, um die Neutralstellung zu sichern und eine Gassenvorwahl zu treffen.
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Das Blockieren des Schaltelements erfolgt vorzugsweise durch eine Sicherung gegen das Getriebegehäuse. Alternativ kann eine Sicherung gegen den Schaltdom oder andere ortsfeste Bauteile im Getriebe erfolgen.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird das Schaltelement nicht in der Weise blockiert, dass ein Auslegen des betreffenden Ganges nur zerstörungsbehaftet möglich ist, sondern lediglich eine Schaltkraft erzeugt, die das Gangein- oder auslegen dem Fahrer deutlich erschweren oder nur mit Hilfsmitteln ermöglichen. Bei Fehlfunktionen oder zu Wartungszwecken könnte dann auch bei aktivierter Gangsperreinrichtung unter Überwindung einer hinreichend hohen Schwelle der Schalthebel bewegt werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Gangsperreinrichtung als eine Verriegelung ausgebildet. Als formschlüssige Sicherung des Schaltelements wird jegliches Bewegen des Schaltelements zuverlässig verhindert. Die Verriegelung kann auf einfache Weise durch einen Bolzen oder eine Stift realisiert sein, der in ein Sackloch fährt. Dazu kann der Bolzen federvorgespannt sein, um bei passender Bauteilstellung stets eine Verriegelung durchzuführen, sofern er nicht durch Rückhaltemittel an einer Bewegung gehindert ist. Das Rückhaltemittel können mechanischer Art sein. In einer anderen Ausführungsform kann es den Bolzen elektromagnetisch mit einer Kraft zurückhalten, die die der Feder überkompensiert. Erst bei fehlender Bestromung ist eine dann Bewegung des Bolzens zugelassen. Ebenfalls ist natürlich der umgekehrte Fall möglich, dass erst durch die Bestromung die Verriegelung aktiviert wird.
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In einer Variante sichert die Gangsperreinrichtung das Schaltelement kraftschlüssig. Dazu kann das Schaltelement durch eine Bandbremse an einer Bewegung gehindert werden. Durch ein radial das Schaltelement umschließendes Bremselement können rotatorische und translatorische Verschiebungen unterbunden werden. Der Kraftschluss kann auch axial erzeugt werden. Das kraftschlüssig auf das Schaltelement einwirkende Bauteil kann als mechanische oder hydraulisch arbeitende Bremse ausgestaltet sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Gangsperreinrichtung hydraulisch betätigt. Vorzugsweise wird der Hydraulikdruck durch eine Pumpe aus dem Hydraulikkreislauf des hydraulischen Kupplungsaktuators der Fahrzeugkupplung erzeugt. Alternativ kann die Gangsperreinrichtung auch elektromagnetisch arretiert werden.
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In einer nächsten Ausgestaltung weist die Schaltvorrichtung mehrere Gangsperreinrichtungen auf. Dabei können die einzelnen Gangsperreinrichtungen völlig unabhängig voneinander aufgebaut sein. Alternativ weisen sie ein oder mehrere gemeinsame Bauteile auf wie beispielsweise einen gemeinsamen Stift zur Verriegelung.
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Besonders zweckmäßig ist es, genau zwei Gangsperreinrichtungen vorzusehen, wobei die eine Gangsperreinrichtung jeweils die Gänge sperrt, die – in Bezug auf die Neutralstellung gesehen – eine gemeinsame Dreh- oder Verschieberichtung des Schaltelements bzw. der Schaltelemente erfordern. Die zweite Gangsperreinrichtung sperrt die Gänge, die eine entgegen gesetzte Dreh- bzw. Verschieberichtung zum Einlegen erfordern. Typischerweise sind die erstgenannten Gänge die „ungeraden“ und die letztgenannten Gänge die „geraden“ Gänge des Kraftfahrzeuggetriebes.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 eine erste erfindungsgemäße Schaltvorrichtung mit einer Schaltwelle und einem federbelasteten Verriegelungsstift im Längsschnitt,
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2 einen Teil der Schaltwelle einer weiteren erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung in einer Aufsicht,
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3 einen Teillängsschnitt einer weiteren Schaltwelle einer dritten, erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung und
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4 einen Querschnitt einer Schaltwelle einer vierten, erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung mit einem kraftschlüssig wirkendem Bremselement.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Teillängsschnitt einer Schaltvorrichtung 1 mit einem Schaltelement 2 in Form einer Schaltwelle 12, das um seine Längsachse 3 verdrehbar und entlang dieser bezüglich eines Gehäuses 4 verschiebbar ist. Die Schaltwelle 12 weist eine zylindrische Mantelfläche 5 auf, die mit einer als Sackloch 16 gestalteten Ausnehmung 6 versehen ist, die radial nach außen gerichtet ist.
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Ein Stift 7 kann radial zur Schaltwelle 12 bewegt werden, so dass er mit dem Sackloch 6 einen Formschluss bildet und eine Bewegung der Schaltwelle 12 axial und in Umfangsrichtung unterbindet.
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Der Stift 7 ist als ein Sperrzylinder ausgebildet und im die Schaltvorrichtung 1 aufnehmenden Gehäuse 4 gehalten. Das Gehäuse 4 weist dazu eine Bohrung 14 auf, die in ihrem Durchmesser der Außenkontur des Stifts 7 angepasst ist. Der Stift 7 bildet zusammen mit der Ausnehmung 6 die Gangsperreinrichtung der Schaltvorrichtung 1.
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Vorliegend ist der Stift 7 ohne äußere Einwirkung in entriegelter Position als Ruheposition, wie es in 1 dargestellt ist. Dazu weist die Schaltvorrichtung 1 eine Feder 8 auf, die eine mit dem Stift 7 verbundene Druckplatte 17 gegen das Gehäuse 4 vorspannt. In Richtung der Schaltwelle 12 ist der Stift 7 damit nur gegen die Federkraft FD, symbolisiert durch den Pfeil 18, bewegbar.
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Die Druckplatte 17 ist durch einen nicht dargestellten Aktuator, beispielsweise durch Hydraulikflüssigkeit oder durch einen Elektromagneten, mit einer Kraft FA beaufschlagbar, die durch den Gegenpfeil 19 dargestellt ist. Die Kraft FA wirkt dabei entgegengesetzt zur Kraft FD. Der Aktuator ist unabhängig von den Handschaltbewegungen des Fahrers ansteuerbar. Damit ist auch der Stift 7 unabhängig von den Schaltbewegungen des Fahrers bewegbar, vorausgesetzt, dass die Schaltwelle 12 sich in einer verriegelbaren Position befindet, in der das Sackloch 16 dem Stift 7 zugewandt ist.
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2 zeigt eine Schaltvorrichtung 1 mit einer Schaltwelle 12, die im Vergleich zu der Schaltwelle aus 1 derart modifiziert ist, dass die Mantelfläche 5 sechs verschiedene und voneinander beabstandete Ausnehmungen 6 aufweist. Die Ausnehmungen 6 sind paarweise zueinander angeordnet und entsprechen in ihrer Anzahl der Anzahl der Vorwärtsgänge der Schaltvorrichtung 1. Die Zahl in jeder Ausnehmung symbolisiert den Gang, der durch Verriegeln des Stifts 7 in der entsprechenden Ausnehmung 6 verriegelbar ist. Diese Ausführung weist somit nur Verriegelungspositionen für Vorwärtsgänge und keine Ausnehmungen für den Rückwärtsgang und für die Neutralstellung auf. Diese können ohne besonderen Mehraufwand ebenfalls auf gleiche Weise vorgesehen und in die Schaltwelle 12 eingebracht werden.
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3 zeigt eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1. Anstelle in die Schaltwelle 12 sind Ausnehmungen 6 in eine Hülse 10 eingebracht, die drehfest mit dem nicht dargestellten Schaltelement 2 verbunden wird. Die Hülse 10 ist aus Blech geformt und weist zwei gestanzte Ausnehmungen 6 in Form von Langlöchern auf. Die Langlöcher sind parallel zur Längsachse 13 der Hülse 10 gerichtet und fassen die ungerade Ganggruppe (Gänge 1, 3, 5) und die gerade Ganggruppe (Gänge 2, 4, 6) zusammen. Die Langlöcher verhindern, sofern ein Stift 7 in diese eingreift, ein Verdrehen des Schaltelements 2. Eine axiale Verschiebung ist durch die Langlöcher nicht verhindert, wird aber im Zusammenspiel mit einer nicht dargestellten Gangschaltkulisse nach dem bekannten „H-Schema“ unterbunden. Diese gibt auch in Getrieben nach dem Stand der Technik den zulässigen Schaltwegverlauf vor, so dass ein axialen Versetzen des Schaltelements 2 durch eine „Wählbewegung“ des Fahrers nur in der Neutralstellung möglich ist. Im Vergleich zu den gangindividuellen Ausnehmungen 6 in 2 haben die Langlöcher den fertigungstechnischen Vorteil, dass sie in Axialrichtung toleranzbehaftet positioniert werden können und dass sie nicht gangindividuelle Einzelbohrungen, sondern ggf. nur zwei spangebende Bearbeitungsschritte erfordern.
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In dem Ausführungsbeispiel nach 4 wird eine Schaltwelle 12 radial von einer Bremse 9 umschlossen. Durch ein Aktivieren der Bremse 9 mittels eines Aktuators 11 kann ein äußerer Druck, dargestellt durch Radialpfeile 14, auf die Schaltwelle 12 ausgeübt werden, der ein Verdrehen oder Verschieden verhindert oder zumindest erschwert. Der Aktuator kann auf elektrische, mechanische, hydraulische oder pneumatische Weise Spannkraft erzeugen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltvorrichtung
- 2
- Schaltelement
- 3
- Längsachse
- 4
- Gehäuse
- 5
- Mantelfläche
- 6
- Ausnehmung
- 7
- Stift
- 8
- Feder
- 9
- Bremse
- 10
- Hülse
- 11
- Aktuator
- 12
- Schaltwelle
- 13
- Längsachse
- 14
- Radialpfeil
- 15
- (nicht belegt)
- 16
- Sackloch
- 17
- Druckplatte
- 18
- Pfeil
- 19
- Gegenpfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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